JP2903185B2 - アクロマチックファイバオプティックカプラおよびその製造方法 - Google Patents

アクロマチックファイバオプティックカプラおよびその製造方法

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JP2903185B2 JP2330949A JP33094990A JP2903185B2 JP 2903185 B2 JP2903185 B2 JP 2903185B2 JP 2330949 A JP2330949 A JP 2330949A JP 33094990 A JP33094990 A JP 33094990A JP 2903185 B2 JP2903185 B2 JP 2903185B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は比較的広い波長帯域にわたって１つのファイ
バから他のファイバへの光の比較的均一な結合を行ない
得るシングルモードファイバオプティックカプラ（sing
le−mode fiber optic couplers）に関する。
多コア装置では２つの近接離間されたコア間で結合が
生ずる。「融着ファイバカプラ」（fused fiber couple
rs）とここで呼ばれるファイバオプティックカプラは、
複数のファイバをそれらの適当な長さに沿ってサイドバ
イサイドの関係に位置決めしそしてクラッドを融着させ
てファイバを固着させかつコア間の間隔を減少させるこ
とによって作成されている。結合効率はコア間隔の減少
に伴って、そしてシングルモードコアの場合には、コア
直径の減少に伴って上昇する。
ヨーロッパ公開特許出願第0302745号は、ファイバを
加熱しそして延伸する前にファイバを毛管チューブに挿
入し、「オーバークラッドカプラ」（overclad couple
r）を形成することによって種々のカプラ特性が改善さ
れ得ることを教示している。ファイバがチューブに挿入
された後で、チューブの中間領域がチューブに対してコ
ラップス（collapse）させるために加熱され、その後
で、所望の結合を得るのに必要な直径まで延伸される。
オーバークラッドカプラの結合領域は気密シールされる
ので、それの光学的特性は温度変化には比較的感応しな
い。そのチューブはまたカプラの機械的強度を大幅に増
大させる。
結合比の波長に対する依存度の高いここで「標準カプ
ラ」（standard couplers）と呼ばれるオーバークラッ
ドカプラを作成するためには同一の光ファイバが用いら
れる。1310nmで3dB結合を呈示する標準カプラは、波長
依存性のために、1550nmでは3dBカプラとして機能する
ことはできない。3dBカプラは第１のファイバから第２
のファイバにパワーの50％を結合するものである。標準
カプラは第１ウインドウと呼ばれる約1310nmを中心とし
たウインドウにおける光伝達特性で特徴づけることがで
きる。例えば、標準カプラは60nmウインドウ内で約±５
％以上は変化しない結合比を呈示しうる。
結合比が標準ファイバよりも波長に感応しないアクロ
マチックカプラ（achromatic coupler）は、異なる伝播
定数を有するファイバを用いて、すなわち異なる直径の
ファイバおよび／または異なる屈折率分布のファイバを
用いることによりあるいは２本の同一ファイバの一方を
他方より大きくテーパさせることによって形成すること
ができることが知られている。アクロマチックカプラに
ついての広く受入れられた定義はない。最も厳密でない
定義としては、アクロマチックカプラは第１ウインドウ
におけるパワー伝達特性が標準カプラより優れているも
のと言うことができよう。さらに現実的には、アクロマ
チックカプラがその第１ウインドウで標準カプラより性
能が良いようにするため、あるいは特定の幅の２つのウ
インドウで小さいパワー伝達傾斜を呈示するようにする
ためには、仕様がきつくなる。これらのウインドウは、
例えば幅が100nmで約1310nmおよび1530nmを中心とした
ものとして特定されうる。これらのウインドウは同一幅
を有している必要はなく、それらの幅は例えば80nmおよ
び60nmでありうる。最適性能のアクロマチックカプラは
本質的に全シングルモード動作範囲にわたって小さい被
結合パワー傾斜値を呈示し得るであろう。シリカをベー
スとした光ファイバでは、この動作範囲は例えば1260nm
と1580nmの間にあるように特定されうる。パワーの全許
容変化は挿入損失を含んでおりかつ許容パワー変化仕様
は挿入損失の増加に伴ってきつくなることがわかる。さ
らに、例えば、3dBカプラの場合には、ウインドウの中
心における被結合パワーは50％でなければならない。50
％結合波長がウインドウの中心でないと、被結合パワー
仕様はさらにきつくなる。
以下の論述では、屈折率naおよびnbを有する２つの材
料の間の相対屈折率差Δa-bは Δa-b＝（na 2−nb 2）／2na 2 （１） 式を簡単にするために、Δはパーセントで、すなわちΔ
の百倍で表わされることが多い。
ファイバオプティックカプラに対する通常の要件は、
それから延長した「ピグテール」（pigtails）と呼ばれ
るファイバが接続を最小限に抑えるために接続される標
準システムファイバと光学的および機械的に適合し得る
ことである。例えば、カプラピグテールの外径とモード
フィールド直径は標準ファイバと実質的に同一である。
カプラを作成するのに用いられるファイバのうちの一本
は市販されている標準ファイバであり得る。伝播定数を
変化させるように修正される他方のファイバの特徴は、
他方のファイバのピグテール部分の外径とモードフィー
ルド直径に及ぼす影響ができるだけ少なくなければなら
ない。
米国特許第4798436号はファイバのうちの１本に予め
テーパをつけることによって異なる伝播定数が得られる
3dB溶融ファイバカプラを開示している。このようなカ
プラを作成するためには、第１および第２の同一標準フ
ァイバを用いることができる。第１のファイバの中央部
分が最初に加熱されそして延伸されて、テーパ領域にお
けるそれのコアとクラッドの直径が第２のファイバのコ
アとクラッドの直径より小さくなるようになされる。標
準システムファイバの端部が延伸されたファイバの端部
と同一であるからで、その延伸されたファイバのピグテ
ール部分は標準システムファイバに低損失で接続するこ
とができる。しかし、作成される各カプラに対して別々
の予備延伸動作が用いられ、かつファイバ直径がそれの
長さに沿って連続的に変化するから、プロセス再現性を
維持することは困難である。また、予めテーパをつけら
れたファイバは脆弱で取扱が困難である。
米国特許第4822126号は、２つのカプラコア間の相対
屈折率差Δcoresが0.061％である3dB溶融ファイバカプ
ラを教示している。Δcoresの値は上記米国特許の２つ
のコア屈折率を式（１）に代入しそしてΔについて解く
ことによって得られる。上記米国特許の第６図から、標
準直径ファイバにおいて良好なアクロマチック性を実現
するためには、Δcoresの値は0.061％より大きくなけれ
ばならなかったことが明らかだる。しかし、コア屈折率
間にこのような大きい差を有するファイバを用いてΔβ
が得られた場合には、カプラピグテールの一方のモード
フィールド直径は、カプラが用いられるシステムのファ
イバに効率的に結合しないのに十分なだけ標準ファイバ
のそれと異なっている。上記米国特許第4822126号で
は、0.061％より大きいΔcoresの値を与えるためにコア
の屈折率間の差を大きくしないで、そのΔcoresの値を
維持するとともに、さらに、アクロマチック性を改善す
るためにファイバのクラッドをエッチングしている。
上記米国特許第4822126号は、屈折率の異なるコアを
具備することによって波長との独立性が実現されるが、
コアを同程度の屈折率に維持しかつクラッドを屈折率に
つき互いに異ならせることによって同様の結果を実現す
ることができると述べている。２本のファイバのコアと
クラッドの直径が同一であるとして、ファイバのクラッ
ドの屈折率の差が、Δcoresが0.06％となるようになさ
れたアクロマチック・オーバークラッド3dBカプラを作
製するのは不可能であることが後述の説明から明らかで
あろう。Δcoresの値は一方のファイバのクラッド屈折
率n2′および他方のファイバのクラッド屈折率n2を式
（１）のnaおよびnbにそれぞれ代入しそしてΔについて
解くことによって得られる。
本発明の目的は被結合の変化が広い波長帯域にわたっ
て非常に小さいことを特徴とするシングルモード・アク
ロマチックファイバオプティックカプラを提供すること
である。他の目的は接続ピグテールがシステムファイバ
に小さい挿入損失をもって接続され得るアクロマチック
カプラを提供することである。さらに他の目的は非標準
ファイバの伝播定数βを修正する特徴またはパラメータ
のファイバモードフィールド直径に対する影響が無視し
得る程度であるアクロマチックカプラを提供することで
ある。他の目的はアクロマチックオーバークラッドファ
イバオプチックカプラを作製するための再現性のある方
法を提供することである。
本発明のアクロマチックカプラは屈折率n3を有するマ
トリクスガラスの細長いボディを具備する。このボディ
は２つの対向端部と中間領域を有している。このボディ
中を複数のファイバが延長し、それらのファイバはそれ
ぞれ屈折率n1のコアと、屈折率がn1より小さくn3より大
きいクラッドよりなる。第１のファイバのクラッドの屈
折率n2は、Δcoresの値がゼロより大きく0.03％より小
さくなるような程度だけ、第２のファイバのクラッドの
屈折率n2′と異なっている。これらのファイバはマトリ
クスガラスの中間領域と一緒に互いに融着される。その
中間領域の中心部分における光ファイバの直径はボディ
の両端部における直径より小さくなされており、それに
よって一方のファイバ中を伝播する光パワーの一部分が
他方のファイバに結合する。
Δcoresの値は0.005％より大きいことが好ましい。所
定の波長において第１のファイバから第２のファイバに
パワーの約50％を結合できるカプラを作製するために
は、Δcoresの値が0.02％より小さいことが好ましい。
屈折率n3は、Δ2-3が0.4％より大きくなるような値であ
ることが好ましい。本発明に従って作製されたカプラ
は、1565nmまでの波長の300nm範囲にわたって各脚にお
いて4dBより小さい挿入損失を呈示した。
本発明のアクロマチックファイバオプティックカプラ
は、複数の光ファイバのそれぞれの少なくとも一部分を
ガラスチューブに挿入してそれらの部分がチューブの中
間領域を占有するようにすることによって形成される。
各ファイバは屈折率n1のコアと、屈折率がn1より小さい
クラッドよりなり、第１のファイバのクラッドの屈折率
n2は第２のファイバのクラッドの屈折率n2′とは異なっ
ている。n2とn2′の差は、Δcoresの値がゼロより大き
く0.03％より小さくなるようになされている。チューブ
の中間領域はファイバに対してコラップスされ、そして
ファイバ間に所定の結合が生ずるまでそれの中心部分が
延伸される。
その延伸工程はチューブの両端部間に相対移動を与え
ること、その相対移動が生ずる速度を変化させることよ
りなる。延伸速度は連続的に変化してもよく、あるいは
その変化は不連続のステップをなして生じてもよい。所
定の結合が実現された後で１回の延伸作業を停止し、そ
の後で、延伸を第２の延伸速度で行なってもよい。
所定の結合が実現される前に延伸作業を停止し、その
後で、チューブ中間領域の中心部分を再加熱し、そして
そのチューブ中間領域の中心部分を再度延伸してもよ
い。再加熱温度はチューブが最初に加熱される温度より
低いことが好ましい。最後に用いられる延伸速度は最初
の延伸速度より低くてもよい。
第１のファイバがチューブの両端部から延長し、そし
て第２のファイバがチューブの第２の端部からだけ延長
している実施例では、カプラプリフォームはファイバ間
にある程度の結合が生じ始めるまで延伸され得る。チュ
ーブの第２の端部から延長した第１および第２のファイ
バの端部に検知器が接続され得る。第２のファイバから
各検知器に結合されるパワーを最大にするために被結合
パワーが用いられる。２つの検知器に結合される光パワ
ーの比は延伸作業を停止する信号を発生するために用い
られる。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
第１図の実施例では、光ファイバF1およびF2はそれぞ
れ屈折率n1のコアと、n1より小さい屈折率を有しており
このコアを包囲したクラッドを有している。ファイバF1
およびF2のクラッドはそれぞれ異なる屈折率n2および
n2′を有しており、それらの値は、アクロマチック性
（achromaticity）を与えるのに必要な程度だけそれら
のファイバの伝播定数が異なるようになされている。
第１図の装置を作製するためには、ファイバF1および
F2をそれらのファイバのクラッドの屈折率より小さい屈
折率n3を有するガラスオーバークラッドチューブＯに挿
通することによってカプラプリフォームが形成される。
そのチューブから延長したファイバの部分は保護コーテ
ィング材料（この実施例の図面には示されていない）を
有しているのが好ましいが、チューブ内の部分はコーテ
ィングを有していない。このチューブのもとの直径はd1
である。カプラプリフォームの中間領域が脱気されそし
てそれをファイバに対してコラップスさせるために加熱
される。このチューブは再加熱されそしてチューブの長
さを大きくするとともに直径を小さくするために両端部
を互いに反対方向に引張られる。それらのチューブ両端
部が互いに離れる方向に移動する合成速度が延伸速度と
なる。延伸される中間領域の中央部分は、ファイバコア
がそれら間に所望の結合を生じさせるのに十分な距離と
なるように十分に近接して離間される直径d2のネックダ
ウン領域Ｎとなる。領域Ｎは一定の直径を有しているよ
うに示されているが、そこには若干のテーパが存在して
おり、それによって領域Ｎの長手方向の中心が最小直径
となる。d1／d2に等しい延伸速度Ｒは作製中の特定の装
置の光学的特性を決定するに当ってクリティカルなパラ
メータである。アクロマチックオーバークラッドカプラ
（achromatic overclad coupler）に対する延伸速度の
好ましい範囲は、Δcladsの値と結合されるべきパワー
の大きさとに応じて約3:1と10:1の間である。テーパの
ついた領域Ｔがネックダウン領域ＫをチューブＯの延伸
されない端部領域に連結する。延伸工程のための加熱時
間はチューブコラップス（collapse）工程のそれより短
く、中間領域の中心部分だけが延伸される。
米国特許第4392712号、同第4726866号、同第479843
6、英国特許出願第GB 2183866 A号および国際出願公報
第WO 84/04822号に示されているように、光装置の作製
におい処理工程をコントロールするためには出力信号を
モニタすることが従来より行なわれている。さらに、こ
のようなモニタおよびコントロール機能を自動的に行な
うフィードバックシステムではコンピュータが用いられ
ることが多い。これらの機能を行なうためには適当にプ
ラグラムされたディジタルPDP11−73マイクロコンピュ
ータが用いられ得る。チューブコラップスおよび延伸工
程では、チューブの端部がコンピュータによってコント
ロールされるステージに固定される。所定の特性を実現
するためにチューブが受けなければならない延伸の程度
は、延伸作業時にカプラプリフォームの入力ファイバに
光エネルギを注入しかつ出力ファイバのうちの１本以上
で出力パワーをモニタすることによって初期的に決定さ
れる。２×２カプラが作製される場合には、第１および
第２のファイバの入力端部に光源を接続し、そしてそれ
らのファイバの出力端部に検知器を心合させることがで
き、この場合、それらのファイバは各検知器に結合され
る出力パワーを最大にするように操作される。延伸時に
は、第１のファイバだけの入力端部が光源に接続され、
そして両方のファイバの出力端部がモニタされる。第１
および第２のファイバの出力におけるパワーの予め定め
られた比の検出は、コンピュータでコントロールされる
ステージにサンプルを引くのを停止させるための割込み
として用いられ得る。１×２カプラが作製されている場
合には、第２のファイバは、第１のファイバからそれに
さる程度の光が結合されるまで、ある検知器に対して正
確に位置決めできない。第１のファイバからの出力だけ
をモニタすることによってアクロマチックカプラを作製
することができる。第１のファイバからの出力が所定の
値まで低下すると、システムは延伸を停止するように命
令される。１×２カプラをモニタするための他の手順に
ついて以下に述べる。
所定の結合特性を実現するために適切な延伸距離を決
定した後に、装置は前記所定の特性を有すべきカプラの
作製時にその適切な延伸距離だけステージを移動させる
ようにプログラムされ得る。特定の種類のカプラを作製
する際に用いられたタイミングシーケンスを、コンピュ
ータがランタイムにリコールする別個のマルチプルコマ
ンドファイルに入れることができる。その特定のカプラ
を作るために必要とされるコラップスおよび延伸工程
は、カプラを再現可能に作製するために各カプラプリフ
ォームに対してコンピュータによって継続して実行され
得る。カプラの再現性を確保するためにコンピュータに
よってコントロールされ得るプロセスパラメータは加熱
時間および温度、ガス流量、およびステージがカプラプ
リフォームを引張りそして延伸させる単数または複数の
速度である。
作製中の装置が例えば3dBカプラである場合には、２
本のファイバからの出力パワーが等しくなっても延伸操
作は停止されない。システムの種々の部分が慣性を呈す
るから、ステージモータが停止するように命令されても
カプラプリフォームの延伸が続く。従って、停止信号が
発生された後で結合比が変化する。新しく形成されたカ
プラが冷却すると結合特性が変化することがありうる。
装置の冷却後に所定の結合比を達成するために、割込み
信号を発生するために用いられなければならない結合比
を決定するために特定の形式のカプラについて実験を行
なうことができる。
下記のものは実施できる種々の延伸操作の実施例であ
る。
A.カプラプリフォームを加熱し、そしてそれを所定の結
合が実現されるまで単一の速度で延伸させる。
B.そのカプラプリフォームを単一の加熱工程に付して後
に、をれを所定の結合が実現されるまで異なる延伸速度
で延伸させる。２以上の離れた延伸速度を用いてもよ
く、あるいは延伸速度が時間的に連続して変化してもよ
い。この延伸技術はパワー伝達特性、すなわちカプラプ
リフォーム延伸操作の最初のパワー伝達サイクル時に入
力ファイバから出力ファイバに伝達されるパワーの量を
同調させるために用いられた。
C.カプラプリフォームを加熱しそして所定の結合を実現
しない最初の延伸を行ない、得られた装置を再加熱しそ
して第２の延伸を行なう。その加熱および再加熱工程は
単一の温度または異なる温度で実施され得る。第１およ
び第２の延伸工程は同じ延伸速度または異なる延伸速度
で行なわれ得る。２回以上の加熱および延伸工程を行な
ってもよい。
延伸実施例Ｃの１つは、１×２カプラを作製する場合
に特に有用である。第２のファイバにある最小限の量の
パワーが結合された後に延伸操作が一時的に中断され
る。例えば、カプラプリフォームが最終の結合比を達成
するために必要な全体の距離の90％と99％との間のよう
なある所定の距離だけ延伸された後に延伸が停止され得
る。第２のファイバは検知器に接続され、そしてその検
知器に結合されるパワーが最大となされ得る。その後
で、第２の延伸作業を開始することができ、割込み信号
は２つの出力信号の比に基づく。その第２の延伸作業は
最初の延伸速度より低い最終の延伸速度で行なわれるこ
とが好ましい。また、第２の延伸時には、第１の延伸時
に用いられた炎より低い温度を有しかつ／またはそれよ
り収束度の低い炎を用いることが好ましい。
チューブＯは記号Δ2-3で特徴づけることができ、そ
れの値は式（１）にn2とn3を代入することによって得ら
れる。市販のシングルモード光ファイバは通常シリカの
値に等しいかそれに近いn2の値を有している。チューブ
のベースガラスとしてシリカが用いられる場合には、チ
ューブの屈折率n3をn2より低い値まで低下させるため
に、それにドーパントが加えられる。チューブの屈折率
を低くすることに加えて、ドーパントB2O3はそのチュー
ブの軟化点温度をファイバのそれよりも低い値まで低下
させる利点も有している。このことはファイバに対する
チューブのコラップシングをある程度まで改善し、チュ
ーブガラスがファイバの形状を損うことなしにそのファ
イバのまわりで流動する。ある目的のためには、チュー
ブがファイバを押しつけたときにそれらのファイバを若
干平坦にするのに十分なだけ硬いチューブガラスを用い
ることが望ましいことがありうる。フッ素はチューブの
屈折率を低くするためにも用いられ得る。適当なチュー
ブ組成としては、B2O3を１〜25重量％ドープされたSi
O2、フッ素を0.1〜約2.5重量％ドープされたSiO2、およ
びB2O2とフッ素の組合せをドープされたSiO2がある。Δ
2-3が約0.2％より小さい場合には、シリカチューブ内の
B2O3の量はチューブガラスを軟化させるのには不十分で
あり、コラップス工程時にファイバを過剰に変形させ
る。従って、標準カプラのΔ2-3の値は通常0.26％と0.3
5％の間であった。Δ2-3がその範囲内であるような屈折
率値を呈するチューブとファイバよりなるプリフォーム
から適当なアクロマチックオーバークラッドカプラが作
製された。しかし、先に用いられた範囲より高いΔ2-3
値を有するプリフォームを用いることによってプロセス
再現性が高められる。
オーバークラッドガラスの効果を示すために、Δ2-3
の値がそれぞれ0.36％および0.48％である１×２カプラ
の製作時に入力ファイバの出力端に接続された検知器か
らの電圧のプロットである第２図および第３図を参照す
る。第２図を参照すると、結合がまだ生じていないから
点ａで出力が最初に最大となる。延伸プロセスが開始さ
れてパワーが結合し始めると、入力ファイバに残るパワ
ーが時間的に点ａより後のある点で減少し始める。点ｂ
では、検知されるパワーは、コンピュータでコントロー
ルされるステージが移動を停止するように命令されるよ
うになされている。数秒後で、延伸工程が中断され（点
ｃ）、そして完成したカプラが冷却し始める。冷却時
に、結合されたパワーは、カプラ内の応力または屈折率
にそれ以上の変化が生じないように十分に冷たくなる点
ｄで最終的に安定化するまで変化し始める。延伸作業を
50％以外のある所定の結合で停止させることよって3dB
ポイントが所望の波長の10nm内にあるカプラを形成する
ことが実験的に可能である。
カプラの冷却に伴う結合比の蛇行現象はΔ2-3が約0.4
％より大きくなるのに十分なだけ高い屈折率を有するオ
ーバークラッドチューブを利用するこからによって本質
的に除去され得る。この安定化効果が第３図に示されて
おり、この図では第２図に対応する部分は同じ符号にダ
ッシをつけて示されている。結合パワーの量が点ａ′で
減少し始め、コンピュータによりコントロールされるス
テージが点ｂ′で移動を停止し、そして延伸工程が点
ｃ′で中断される。冷却時には、結合されたパワーはそ
れが点ｄ′で安定化するまで若干だけ変化するにすぎな
い。延伸が停止された後で（点ｃおよびｃ′）、結合さ
れたパワーは点ｄよりも点ｄ′により高い予測可能性を
もって到達する。
ファイバクラッド屈折率差によってΔβが得られる形
式の3dBカプラについて理論的解析がなされた。アクロ
マチックカプラの挙動をモデル化するために被結合モー
ド理論が用いられた（A.W.SynderおよびJ.D.Love,Optic
al Waveguide Theory,Chapman and Hall,New York,198
3）。この理論によれば、オーバークラッドカプラのモ
ードフィールドは、他のファイバが無い場合、すなわち
ファイバがオーバークラッド屈折率n3だけに包囲されて
いる場合には、各ファイバF1およびF2の基本モードΨ1
およびΨ2の線形結合であると仮定される。モードフィ
ールドおよび伝播定数はこのような構造については正確
に決定される［M.J.Adams,An Introduction to Optical
Waveguides］。
２つのコア間の光結合を記述する結合定数は重なり積
分として次のように表わされ得る。
Ｃ＝∫Ψ1（ｒ）Ψ2（ｒ′）（ｎ−ｎ′）dA （２） この式において、Ψ1およびΨ2は２つのコアのモードフ
ィールド、ｒおよびｒ′はそれぞれファイバF1およびF2
の中心からの半径方向の距離、ｎはカプラ全体の屈折率
構造、ｎ′はF1のコアを屈折率ｎ′のオーバークラッド
材料で置き換えた場合の屈折率構造、そして積分はカプ
ラの全断面にわたるものである（ただしｎ−ｎ′はファ
イバF1のコアとクラッド上で非ゼロであるにすぎな
い）。この式ではモードフィールドは規格化されてい
る、すなわち∫Ψ1 2dAと∫Ψ2 2dAは両方とも１に等しい
と仮定している。
これらはテーパ付装置であるが、それらの挙動は所定
の結合長にわたって一定の延伸比を仮定し、その長さの
外側では結合がないとして、すなわち第１図の領域Ｎの
直径が全長ｚにわたって一定であると仮定することによ
って十分にモデル化される。結合係数が延伸比の急激に
増加する関数であるから、この近似は十分に作用し、従
ってカプラの挙動は最高の延伸比での挙動が支配的であ
る。この近似を用いて、パワーをコア内に入射させる
と、２つのコア内のパワーは、カプラの軸線に沿った長
さｚの関数として、下記の式で表わされる。
P1（Ｚ）＝１−F2sin2（Cz/F） （３） および P2（Ｚ）＝F2sin2（Cz） （４） ただし、係数Ｆは下記の式で与えられる。
ただし、β1およびβ2はそれぞれファイバF1およびF2の
伝播定数である。
1310nmの中心波長および50nmの幅を有するシングルウ
インドウ装置の場合には、最適アクロマチック性能は、 P2（12197.5nm）＝P2（1322.5nm） ＝0.5 （６） である点として定義された。
アクロマチック性は下記のように定義された。
Δcladsの適当な範囲を決定するために被結合モードモ
デルが用いられた。カプラパラメータに関してなされた
仮定のほとんどが、標準オーバークラッドカプラに対し
てなされた研究に基づくものである。ファイバF1は４μ
ｍのコア半径を有する標準125μｍ外径シングルモード
ファイバであると仮定された。コアおよびクラッドの屈
折率n1およびn2はそれぞれ1.461000および1.455438であ
ると仮定された。クラッド屈折率n2′がn2より大きいこ
と以外はファイバF2はファイバF1と同一であると仮定さ
れた。Δ2-3の値は0.3％であると仮定された。アクロマ
チック性が最良となる延伸比と長さｚの組合せを決定す
るために、延伸比のある範囲に対する適当な波長あてP2
が計算された。式（６）を満足する延伸比と結合長さｚ
の組合せが決定され、そしてアクロマチック性（ナノメ
ータ当りのパーセントでの結合パワーの変化）がその組
合せにつき計算された。
第４図に示されているように、Δcladsの値が減少す
るにつれて被結合パワー（1310nmにおける）の変化が増
大することを理論的解析が示した。第４図に示されてい
る関係はΔ2-3値が0.3％のカプラに対するものである。
それより大きいΔ2-3の値を有するカプラの場合には、
曲線がパーセント被結合パワーの変化のより高い値の方
へと変位される。Δcladsの値が0.005％より小さい場合
には、パーセント被結合パワーの変化が急激に増加す
る。従ってアクロマチック性はこの値より小さいΔ
cladsの値では急激に減少する。また、Δcladsの値が0.
005％以下に減少すると、ネックダウン領域の所要長
は、得られたアクロマチックカプラが望ましくない程度
に長くなり製作が困難となる程度まで増加する。
第５図はシングルウインドウとダブルウインドウとの
両方のカプラにつき、Δclads＝0.005％かつΔ2-3＝0.3
％である場合の波長対被結合パワーの理論的な関係を示
している。式（６）が満足されるように要求することに
よって決定されたシングルウインドウ装置に対するd1／
d2の値は6.6である。波長1310nmおよび1550nmに対して
類似の式が満足されるように要求することによって決定
されるダブルウインドウ装置に対するd1／d2の値は6.2
である。
Δcladsが0.005％であるカプラを形成するためには約
6:1の延伸比が必要とされることをモデルは示したが、
低いΔclads値を有する3dBアクロマチックカプラが作製
され、それの延伸比は約3.5:1のように低かった。タッ
プ（50％以下の場合）の場合には、延伸が少なくてすむ
から、延伸比はさらに低くてもよい。所望の結合比を得
るためには、Δclads値が増大するにつれて延伸比も増
加しなければならない。第４図は極めて良好なアクロマ
チック性を与えるという観点から0.025％のΔclads値が
望ましいことを示唆しているように見えるであろうが、
そのようなカプラを作製するっことは、そのために必要
とされる延伸比が約10:1であるから、困難である。ま
た、下記の理由により、それより高いΔclads値での被
結合パワーは所望の結合比を実現するのには不十分であ
ろう。
カプラを作製するためにカプラプリフォームが延伸さ
れている場合、ネックダウン領域Ｎの直径は時間の増加
に伴って小さくなる。第６図は延伸工程時に被結合パワ
ーが変化することを示している。第６図の曲線は互いに
対する正確な関係を示すものではなく、むしろそれは異
なるΔclads値を有するカプラの一時的な被結合パワー
曲線間の相対的な関係を定性的に示している。標準カプ
ラ（Δclads＝０）の延伸時には、被結合パワーは比較
的急激に50％に達し、事実上殆ど100％に達する。それ
より大きいΔclads値を有する装置の延伸時には、50％
結合を実現するためにはそれより長い時間が必要とさ
れ、最大可能量の被結合パワーが減少する。延伸速度、
カプラプリフォームの温度等を含む所定の組の延伸条件
に対して、被結合パワーが被結合曲線の最初のピークに
おける50％にちょうど達するΔcladsの値が存在するで
あろう。所定の組の線引条件の場合には、このΔclads
値が0.015％であるとして第６図に示されている。0.025
％のようなそれより高いΔclads値の場合には、被結合
パワー曲線の最初のパワー伝達ピークは50％結合を与え
ることはできない。しかし、例えば10％タップのように
入力パワーの半分以下を結合するための装置は、被結合
パワーが最初のピークで達成され得る値である10％とな
るまで、Δclads値が0.025％のカプラプリフォームを延
伸することによって容易に作製されうるであろう。
第６図の曲線は論述されている特定の点を示すのに必
要な程度以上には時間的に継続されていない。最初のパ
ワー伝達ピークはΔcladsが0.015および0.025のカプラ
に対して示されている。その後のパワー伝達ピークは示
されていない。しかし、カプラプリフォームがそれより
長い時間だけ延伸される場合には、被結合パワーがゼロ
と最大値との間で振動し続け、各後続の振動の周期は先
行振動より狭い。Δclads値が０および0.005のカプラを
表わす曲線が時間的に継続されるとすると、それらの曲
線も被結合パワーに同様の振動が生ずるであろう。複数
の被結合パワーピークにわたる被結合パワーと結合長
（延伸時間の関数である）との間の関係が前述の米国特
許第4798436号に示されいる。
曲線ｔ（Δclads＝0.025％）はカプラプリフォームが
一度加熱されそして単一の速度で延伸される延伸動作に
対するものであると仮定されている。他のすべての条件
が同一のままであれば、パワー伝達曲線は、第７図に示
されているように１つ以上の延伸速度でカプラプリフォ
ームを延伸することによって曲線ｔ′まで上方に（より
大きいパワー伝達の方へと）変位され得る。例示とし
て、第７図は２つの離散した速度（曲線s1およびs2）で
延伸することを含む延伸技術と、延伸速度が時間に対し
て連続的に変化する（曲線ｓ′）技術を示している。第
７図に示された特定の実施例によればカプラプリフォー
ムが加熱されかつ0.95cm/secの延伸速度で0.2cm延伸さ
れ、その延伸速度はカプラプリフォームがさらに0.55cm
延伸されるあいだに、0.45cm/secまで急激に低下する。
約0.025％以上のΔclads値を含むある延伸条件では、
３番目のピークのような後続のパワー伝達ピークが例え
ば50％のような所要の結合値に到達するために必要とさ
れうる。３番目のピークは最初のピークよりはるかに狭
いから、所望の結合比を得るためには、延伸動作が厳密
に正しい時間で停止されなければならない。延伸がほん
の短い時間の間さらに継続されたとしても、ネックダウ
ン比は被結合パワーを大幅に減少させるのに十分なだけ
変化しうる。線引を停止するために出力パワーがモニタ
されている場合にこのようなカプラを線引することは困
難であり、また所定の長さまで線引することによってこ
のようなカプラを作製することは殆ど不可能である。さ
らに、カプラが最初のパワー伝達ピークを超えて延伸さ
れなければならない場合には、アクロマチック性が劣化
されることになる。上述の理由で、3dBカプラに対する
好ましい最大Δclads値は0.025％であり、そしてパワー
タップに対する最大Δclads値は約0.03％である。
前記米国特許第4822126号に教示されているアクロマ
チック融着ファイバカプラに必要とされるΔcoresの値
を考慮すると、アクロマチックオーバークラッドカプラ
に適したΔcladsの上記範囲は予想外に狭い。オーバー
クラッドチューブの存在が比較的小さいΔclads値でア
クロマチック性を実現できるようにすること、およびオ
ーバークラッドチューブが用いられない場合、すなわち
溶融ファイバカプラの場合には、0.03％より大きいΔ
clads値が必要とされるであろうことが明らかである。
上述のモデルによって決定されたΔclads値の小さい
範囲が実験結果によって確認された。約0.005％より小
さいΔclads値を有するカプラが作製された場合には、
Δβが非常に小さいので、結合挙動が標準カプラのそれ
に近づく。約0.015％の範囲内のΔclads値を有するカプ
ラは1565nmまでの波長の300nm範囲にわたり各脚におい
て4dBより小さい挿入損失を呈示した。
予想外に低いΔclads値から多数の利益が生ずる。低
いΔclads値を有するカプラは低損失でシステムに接続
できる。それらのファイバのうちの一本は標準のシング
ルモードファイバである。例えば0.015％のΔclads値を
与えるためには、他のファイバ（または非標準ファイ
バ）のクラッド屈折率がわずかに0.00022だけ標準ファ
イバのそれと相違していることが必要である。このよう
な非標準ファイバは標準ファイバと実質的に同じモード
フィールド直径を呈する。両方のファイバの直径は実質
的に同一であるから、非標準ファイバは標準ファイバと
同様に低損失でシステム接続され得る。
一方のファイバだけのクラッドにドーパントを添加す
ることによってあるいは両方のファイバのクラッドに同
一のまたは異なるドーパントを異なる量だけ添加するこ
とによって、所要のΔclads値を得ることができる。例
えば、一方のファイバのクラッドをシリカで作成し、他
方のファイバのクラッドは、屈折離を低下させるために
フッ素またはB2O2をドープしたシシカまたは屈折率を増
大させるために塩素またはGeO2等をドープしたシリカで
作成し得る。
非標準ファイバを作製するプロセスは、アクロマチッ
クカプラを形成するのに必要とされるΔclads値が小さ
いために、その分だけ容易となる。B2O3、フッ素、また
はGeO2等のような一般に用いられているドーパントは、
シリカに添加された場合には、屈折率に対する影響が比
較的大きい。従って、0.005％と0.03％の間のΔclads値
を生ずるのに充分な程度だけべースガラスの屈折率を変
化させるのに必要な精密にコントロールされた少量だけ
そのようなドーパントを送ることは困難である。塩素
は、非標準ファイバのクラッドにおけるドーパントとし
て用いることができるのに充分な影響をシリカの屈折率
に対して及ぼすことが認められた。シリカ内の単位重量
パーセント当りの屈折率の変化はB2O3、フッ素あるいは
GeO2等のような従来のドーパントよりも塩素の方がはる
かに小さいから、塩素を添加されるシリカの屈折率のり
若干高い精密にコントロールされた屈折率を与えるため
に塩素を用いることができる。さらに、塩素は乾燥の目
的で従来から用いられているものであるから、塩素を用
いることによって非標準ファイバの作製方法が簡単化さ
れる。乾燥／コンソリデーション処理に関連して非標準
ファイバのクラッド領域に充分な量の塩素を添加しさえ
すればよい。
標準ファイバは米国特許第4486212号に開示されてい
るような従来の方法によって作製され得る。簡単に言う
と、その方法はコア領域とクラッドガラスの薄い層より
なる多孔質プリフォームを円筒状のマンドレル上に形成
することよりなる。マンドレルが除去され、そしてその
結果できた管状のプリフォームがコンソリデーション炉
マッフル内に徐々に挿入される。この場合、そのマッフ
ルの最高温度は1200℃と1700℃の間であり、高シリカ含
有ガラスに対しては約1490℃であることが好ましい。マ
ッフルの温度分布は米国特許第4165223号に教示されて
いるように中央領域で最も高い。乾燥のために必要な最
低濃度で存在している塩素が、ヘリウムと約５容積％の
塩素よりなる乾燥ガスをプリフォームの穴の中に流入さ
せることによってそのプリフォームに供給されうる。そ
の穴の端部はプリフォームの気孔を通じてガスを流れさ
せるために詰栓（plugged）されている。マッフルには
ヘリウムフラッシングガスが同時に流される。
このようにして得られた管状のガラス物品が、穴を閉
塞された「コアロッド」を形成するために、その穴を真
空にした状態で、標準の線引炉内で延伸される。適当な
長さのロッドが旋盤に支持され、そこでそのロッド上に
シリカの粒子が沈積される。このようにして得られた最
終的なプリフォームがコンソリデーション炉内に徐々に
挿入され、その炉中をヘリウム99.5容積％と塩素0.5容
積％の混合物が上方に流されている状態で、そのプリフ
ォームは炉内でコンソリデートされる。このようにして
形成されたガラスプリフォームがステップインデックス
・シングルモード光ファイバを形成するために線引され
る。この場合、そのファイバのクラッド全体が残留した
量の塩素をドープされたシリカを具備している。クラッ
ドが上述のように標準の下方送りコンソリデーション炉
内でコンソリデートされると、ファイバのクラッドには
約0.04〜0.06重量％が通常存在している。
非標準ファイバは、標準ファイバが作製された方法と
初期的に同一の方法で作製され得る。例えば、コアガラ
スの中実なガラスロッドよりなり適宜シリカクラッドガ
ラスの薄い層によって包囲されたコアロッドが、最初に
形成される。シリカ粒子の多孔質層がロッド上に沈積さ
れ、そしてその多孔質層は乾燥の目的のために必要な量
より多い量の塩素を含んだ雰囲気でコンソリデートされ
る。コンソリデーション炉内の塩素濃度は所望のΔ
clads値を与えるようにコントロールされる。ベースガ
ラスに入れ込まれる塩素の量はコンソリデーション炉の
最高温度および温度分布、その炉内の塩素および酸素の
濃度、およびその炉内へのプリフォームの挿入速度のよ
うな種々のプロセス条件に依存する。第８図に示されて
いるようなグラフが所定の標準ファイバに対して発生さ
れ得る。第８図に示されている特定の関係の場合には、
標準ファイバのクラッドは約0.05重量％の塩素を含有し
ていた。従って、0.015％のΔclads値を達成するために
は、非標準ファイバのクラッドには約0.2重量％の塩素
が入れ込まなければならない。この塩素濃度は所望のΔ
clads値に対する塩素含有量の増分を第８図のグラフか
ら読取りそして0.05重量％を加えることによって決定さ
れる。もし所望されれば、両方のファイバとも非標準形
式だり、すなわち両方とも市販の標準ファイバより多い
塩素を含有していてもよい。例えば、クラッドが0.01重
量％および0.23重量％の塩素を含有したファイバを利用
することによっても、0.015％のΔclads値が得られる。
クラッドガラス（少量の塩素を含んだ）の薄い層によ
って包囲されたコアガラスよりなるコアロッドを最初に
形成することによって非標準ファイバが作製され、そし
て外側のクラッドガラスにより多い量の塩素がドープさ
れた場合には、このようにして得られたファイバの屈折
率分布は第９図に示されているようになる。標準ファイ
バの種々の層の半径は、コア半径r1が４μｍ、内側クラ
ッド半径r2が10.5μｍ、そして外側半径r3が62.6μｍで
ありうる。内側クラッド層が小さい面積であるため、そ
の層の屈折率はくらっど屈折率を指定する場合には考慮
に入れる必要はない。すなわち、半径r1を超えた全クラ
ッドの実効屈折率はr2とr3の間の層の屈折率と本質的に
同一である。
減衰を低下させるために光ファイバ内の塩素の量を減
少させる試みがあるファイバメーカによってなされてき
た（特開昭63−285137号参照）。一方のファイバが純粋
なシリカクラッドを有しているとすると（それから塩素
を除去することにより）、0.015％のΔclads値を得るた
めには他方のファイバには約0.13重量％の塩素が必要と
される。しかし、カプラファイバの短い長さ部分に塩素
が存在していてもカプラ損失には殆ど影響がないことが
判った。従って、カプラファイバから塩素を除去するた
めの附加的な工程は不必要な犠牲であろう。
２×２カプラが第１図に示されているが、本発明は他
の構成にも適用される。１本のファイバをＮ本のファイ
バに結合させるためには、Ｎ×Ｎカプラ（Ｎ＞１）が作
製され得る。１×２カプラが特定の実施例で説明され
る。Ｎ×Ｎカプラを作製するためには、２本以上のファ
イバがそれらのウエストを接合され得る。ある場合に
は、１本以上のファイバがＮ×Ｎカプラの一端部から切
断され、等しくない本数の複数のファイバがカプラの両
端から延長するようになされる。第10〜12図の実施例は
結合されるファイバの概略図であり、オーバークラッド
チューブガラスは簡単のため省略されている。オーバー
クラッドガラスの存在はファイバの近くの記号n3で示さ
れている。第10図の１×３カプラでは、標準ファイバＳ
が２本の非標準ファイバS+およびS-に結合される。ファ
イバS+のクラッドの屈折率はファイバＳのクラッドに対
して負であり、それによってファイバＳに対するファイ
バS+のΔclads値が正となる。ファイバS-の屈折率はフ
ァイバＳに対するファイバS-のΔclads値が負となるよ
うになされている。
第11図および第12図の１×４実施例では、ファイバS+
のクラッドガラスの屈折率はファイバＳに対するファイ
バS+のΔclads値が正となるようになされている。第12
図はファイバＳのまわりで等しく離間されていることが
好ましいことを示している。
好ましい製造技術で光ファイバピグテールがそれから
延長したカプラが得られるが、本発明は細長いマトリク
スガラスボディ中を延長しているが端部がボディ表面と
同一面にある形式のオーバークラッドカプラにも適用さ
れる。このようなカプラを作製する方法が米国特許第47
73924号および同第4799949号に開示されている。簡単に
言えば、この方法はガラスチューブに複数の光ファイバ
プリフォームロッドを挿入し、その結果得られたプリフ
ォームを加熱しそして延伸してガラスロッドを形成する
ことよりなり、そのガラスロッドはその後で複数のユニ
ットに切断される。各ユニットの中央領域に熱が印加さ
れ、そしてその中央領域が延伸されてテーパ付の領域を
形成する。
１×２アクロマチック3dBファイバオプティックカプ
ラを作製する方法が第13〜18図に示されている。長さ3.
8cm、外径2.8cm、長手方向穴直径270μｍのガラス毛管
チューブ10が第16図の装置のチャック32および33によっ
て固着された。炎加水分解法によって形成されたチュー
ブ10は、B2O3約６重量％およびフッ素約１重量％をドー
プされたシリカよりなる。チューブの端部を均一に加熱
しながら、テーパ付穴12および13がチューブに気相エッ
チャントNF3を流すことによって形成された。
コーティングされたファイバ17および18はそれぞれ直
径250μｍのウレタンアクリレートコーティング21およ
び22を有する直径125μｍのシングルモード光ファイバ
よりなる。このファイバは両方とも8.5重量％のGeO2を
ドープされたシリカよりなる直径８μｍのコアを有して
いる。これらのフアイバのカットオフ波長は1200nmと12
50nmの間にあるように選択される。すべての塩素濃度が
マイクロプローブ技術によって測定された。両方のファ
イバを作製する方法の最初の工程は同一であり、これら
の工程は米国特許第4486212号についての論述に関連し
て上述した。8.5重量％のGeO2をドープされたSiO2より
なるガラス粒子の第１の層がマンドレル上に沈積され、
そしてこの第１の層上にSiO2の薄い層が第１の層の上に
沈積された。マンドレルが除去され、そしてその結果得
られた多孔質プリフォームがアルミナマッフルを有する
炉内に徐々に挿入され、そこでそのプリフォームが乾燥
されそしてコンソリデートされる。このプロセス時に、
塩素65sccm（standard cubic centimeter per minute）
およびヘリウム650sccmを含んだガス混合物が、マンド
レルが除去された中心穴に流入された。ヘリウム40リッ
トル／分（1pm）（liter per minute）および酸素0.5リ
ットル／分を含んだフラッシングガスがマッフルの底か
ら上方に流された。穴が脱気され、そして管状ボディの
下端部が1900℃まで加熱されて約15cn/minの速度で線引
され、5mm中実ガラスロッドを形成する。このロッドが
切断されて複数の節部分を形成し、その節部分のそれぞ
れが旋盤に支持され、そこでSiO2クラッドスートがその
上に沈積されて最終の多孔質プリフォームを形成するマ
ンドレルとして機能した。
a.標準ファイバの作製 １つの最終多孔質プリフォームは、最高温度が1490℃
のコンソリデーション炉のアルミナマッフルに徐々に挿
入される。ヘリウム40リットル／分、塩素0.5リットル
／分、および酸素0.5リットル／分を含むガス混合物が
マッフル中を流された。この多孔質プリフォームがコン
ソリデートされて線引用ブランクを形成し、それの外側
クラッドは内側クラッド層と同じ組成、すなわち約0.05
重量％の塩素をドープされたSiO2であった。線引用ブラ
ンクのチップが約2100℃まで加熱され、そしてそれから
標準光ファイバが線引され、そのファイバは線引時にコ
ーティングされた。このファイバは直径８μｍのコア
と、乾燥処理の残留物として約0.05重量％の塩素を含有
したシリカよりなる直径125μｍの均質なクラッド層を
有していた。
b.非標準ファイバの作製 他の最終多孔質プリフォームが、最高温度が1450℃の
シリカマッフルを有するコンソリデーション炉内に徐々
に挿入された。この多孔質プリフォームはヘリウム約２
リットル／分および塩素0.6リットル／分を含んでいて
上方に流動するガス混合物に露呈された。この多孔質プ
リフォームがコンソリデートされ、外側クラッドが約0.
2重量％の塩素をドープされたSiO2よりなる線引用ブラ
ンクを作成した。この結果得られた非標準ファイバは、
約0.05重量％の塩素を含有した直径10.5μｍの内側クラ
ッド領域と、約0.2重量％の塩素を含有した直径125μｍ
の外側クラッド領域を有している点を除き、標準ファイ
バと同様であった。このファイバと標準ファイバのクラ
ッドの屈折率は、Δcladsの値が0.015となるようになさ
れた。
標準ファイバと非標準ファイバは下記のプロセスで相
互に交換できた。
コーティングの6cmの部分がコーティングされたファ
イバ18の1.5メートルの長さの端部から除去された。炎
がファイバの剥離された領域の中心に向けておくられ
た、そしてそのファイバの端部が引張られて切断され、
テーパした端部が形成された（第14図）。テーパのつい
た端部から遠い方のファイバ端部がリフレクタンスモニ
タ装置に接続された。テーパのついた端部がそれの長手
方向軸線に沿って右方にゆっくりと移動された（第14図
および第15図に示されているように）（これらの図では
炎の明るい中心部分23だけが示されている）。ファイバ
20のチップがバーナ24′の炎23によって加熱されるにつ
れて、ガラスが後退して丸みをつけられた端面25を形成
した（第15図）。その端面の直径はもとのコテーティン
グしていないファイバの直径に等しいかあるいはそれよ
り若干小さいことが好ましい。反射されるパワーに対す
る現在の仕様は−50dBである。このようにして得られた
コーティングされていあにファイバの長さは約2.9cmで
あった。
チューブ10はリングバーナ34に挿通され（第16図）、
そして線引チャック32および33にクランプされた。これ
らのチャックはコンピュータによってコントロールされ
るモータにコントロールされるステージ45および46に取
付けられた。コーティングの約3.2cmがファイバ17の３
メートルの長さの中心領域から剥離された。ファイバ17
および18のコーティングされていない部分が拭かれ、そ
して少量のエチルアルコールがチューブ内に噴射され
て、挿入工程時にファイバを一時的に潤滑した。
コーティングされたファイバ17が、それのコーティン
グされていない部分がチューブ端部15の下に位置するま
で、穴11に挿通された。コーティングされたファイバ18
のコーティングされていない部分はコーティングされた
ファイバ18のコーティングされていあに部分に隣接して
保持され、そして両方ともコーティングした端部領域が
テーパ穴13に楔づけされた状態となるまで、チューブ端
部14に向って一緒に移動された。コティングされたファ
イバ17のコーティングされていない部分が端面14および
15の中間に配置され、この場合、コーティングされたフ
ァイバ17のコーティングされていない部分は穴11の中心
に位置づけられることが好ましい。ファイバ18の端部25
はチューブ10の中間領域27と端部14の間に配置された。
これらのファイバは真空取付具41および41′に挿通さ
れ、その後で、それらの真空取付具41および41′はプリ
フォーム31の端部に装着された。第13図を参照すると、
真空取付具41がチューブ10の端部上に摺動され、そして
カラー39が締めつけられ、それによってチューブに対し
てＯリングを圧着させる。真空ライン42がチューブ40に
連結された。ある長さの細いゴムチューブの一端部が、
プリフォーム31とは反対側の真空取付具41の端部に装着
され、そのチューブの他端部はクランプジョー44の間で
延長している。上方の真空取付具41′もライン42′、チ
ューブ43′およびクランプジョー44′と同様に関連され
た。ファイバのコーティングされた部分はチューブ43お
よび43′から延長した。
上方の真空取付具が穴の中の物を放逐するために窒素
供給源に連結された状態で、チューブ43にジョー44をク
ランプしてカプラプリフォームの下方部分に真空が印加
された。つぎにプリフォーム31の上方部分に真空を印加
するためにジョー44′がチューブ43′にクランプされ
た。
ファイバ17の上端部が白色光源に結合されたモノクロ
メイタに連結された。そのモノクロマイタはファイバに
1310nmビーム光が与えられるように調節された。ファイ
バ17の下端部は、チャック32および33の動きをコントロ
ールするシステムの一部分を構成した検知器に連結され
た。
10インチ（25.4cm）水銀の真空をチューブの穴に連結
した状態で、リングバーナ34が点火された。リングバー
ナ34の上方に配置された装置は熱シールド35で保護され
た。バーナにガスと酸素をそれぞれ0.8slpmおよび0.85s
lpmの流量で供給することによって約1800℃の炎が発生
された。リングバーナ34からの炎がチューブ10を約25秒
加熱した。第17図に示されているように、マトリクスガ
ラスがファイバ19および20に対してコラップスされた。
中央部分がカプラの結合領域を形成する中間領域が中実
な領域となり、その領域でファイバ19および20が全長に
わたって互いに接触した。
チューブが冷えた後で、ガスと酸素の流量が両方とも
0.9slpmまで増大され、そしてバーナが再点火された。
約1900℃の温度の炎がコラップスした領域の中心部をそ
れの材料の軟化点まで加熱した。12秒後に、バーナ34に
対する酸素の供給が停止され、その時点で、炎が非収束
状態となり始める。ステージ45および46は、中間領域27
の中央部分が1.46cm延伸されまで、2.5cm/secの合成速
度で反対方向に引張られた。その延伸動作の後で炎が消
えた。この長さの増加は、単一の延伸工程でアクロマチ
ック性を実現するためにカプラプリフォーム31が延伸さ
れなければならない長さより少し短い。ファイバ18の端
部を検知器に連結させ得るの十分な量のパワーがそのフ
ァイバに結合し始め、そして検知器に対するパワー出力
がピークとなった。
つぎに、約1650℃の温度のより広い炎を発生するため
に、バーナ34に対するガスと酸素の流量がそれぞれ0.65
slpmおよび0.6slpmに調節された。炎が点火されてから1
2秒して、酸素流が停止され、そしカプラプリフォーム3
1の長さを約0.02cmだけさらに増加させるために、0.5cm
/secの合成速度で反対方向に引張られた。この工程時
に、ファイバ17および18から放出した光が1310nmでモニ
タされた。ファイバ17からの光パワーとファイバ18のそ
れとの比が1.2になると、延伸動作が自動的に停止し、
その時点でコントロールシステムがステージに動きを停
止するように命令する。システムの慣性のために、１の
パワー比を与えるのに十分な延伸が続くので、ファイバ
17および18からは1310nmで光パワーが放出されることに
なる。中間領域の直径は第18図の領域15で示されている
ように延伸動作によって減寸された。
カプラが冷えた後で、真空ラインがカプラから取外さ
れ、そして熱硬化性接着剤の滴48および49がシリンジか
ら端部14および15に付着された。この接着剤が熱に露呈
されて硬化された後で、カプラがドローから除去され
た。
このようにして得られた装置は端部14において光ファ
イバ17の端部を伝播する信号の約50％を約1310nmおよび
1490nmで光ファイバ18に結合する。1310nmにおけるパワ
ー勾配はnm当り0.77％またはnm当り0.006dBであった。
これらのカプラは約0.3dBの中間過剰装置損失（median
excess device loss）を呈した。最低の測定過剰損失は
0.05dBであった。
特定の実施例に従って作成された特定のカプラのスペ
クトル挿入損失曲線が第19図に示されている。曲線P2は
被結合パワーを示している。そのカプラの過剰損失は13
10nmおよび1550nmでそれぞれ0.09dBおよび0.05dBであっ
た。約1565nmまでの波長の300nm範囲にわたるそのカプ
ラの各脚では挿入損失は4dB以下であった。
【図面の簡単な説明】
第１図はオーバークラッドカプラの断面図である。 第２図および第３図は２つの異なるオーバークラッド屈
折率を有するカプラの出力電圧対延伸時間の関係を示す
グラフである。 第４図はΔcladsと関数としてプロットした結合パワー
傾斜（1310nmを中心とした）のグラフである。 第５図はΔcladsが0.005％であるシングルウインドウお
よびダブルウインドウアクロマチックカプラの理論的ス
ペクトルレスポンス曲線を示す図である。 第６図は異なるΔclads値を有するカプラの延伸時にお
ける結合パワーの一時的変化をパーセントで概略的に示
すグラフである。 第７図は不均一な延伸速度を示すグラフである。 第８図はΔcladsに対する塩素の影響を示すグラフであ
る。 第９図は本発明のカプラで用いられる非標準のファイバ
の屈折率分布である。 第10〜12図は一端部に２つ以上のポートを有するアクロ
マチックカプラを示している。 第13図は光ファイバを挿入した後における毛管チューブ
の断面図である。 第14および15図はファイバの反射防止終端の形成時にお
ける２つの工程を示す概略図である。 第16図は毛管チューブをコラップスさせかつそれの中間
領域を延伸するための装置の概略図である。 第17図は中まで密な中間領域を形成するためにファイバ
のまわりでガラスチューブをコラップスさせる状態を示
す部分的な断面図である。 第18図は延伸されかつ端部をシールされた後のファイバ
オプティックカプラの部分的な断面図である。 第19図は実施例１の方法によって作成されたアクロマチ
ックカプラのスペクトル挿入損失曲線を示すグラフであ
る。 F1、F2……ファイバ 10……ガラス毛管チューブ 12、13……テーパ付穴 17、18……ファイバ 21、22……コーティング 24、24……バーナ 31……プリフォーム 32、33……チャック 41、41′……真空取付具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド レイ ヤング ジュニア アメリカ合衆国ニューヨーク州コーニン グ、モルクレスト 250エイ（番地なし) (56)参考文献 特開 昭61−57303（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/28 G02B 6/287

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】屈折率がn3であり、２つの対向した端部と
    中間領域を有している細長いボディと、 上記ボディ中を長手方向に延長し、それぞれ屈折率n1の
    コアとn1より小さくn3より大きい屈折率のクラッドを具
    備し、第１のファイバのクラッドの屈折率n2は、（n2 2
    −n2′2）／2n2 2に等しいΔcladsの値がゼロより大きく
    0.03％より小さくなる程度だけ、第２のファイバのクラ
    ッドの屈折率n2′と異なっている複数の光ファイバを具
    備しており、 前記ファイバが前記マトリクスガラスの中間領域と一緒
    に互いに融着され、前記中間領域の中心部分ぼ直径とそ
    の中心部分にける前記ファイバの直径が前記ボディの端
    部におけるそのファイバの直径より小さくなされてお
    り、それによって前記ファイバの一方中を伝播する光パ
    ワーの一部分が他方のファイバに結合するようになされ
    たアクロマチックファイバカプラ。
  2. 【請求項２】前記屈折率n2およびn2′間の差は、300nm
    波長範囲にわたる各脚における挿入損失が4dBより小さ
    くなるようになされている請求項１のカプラ。
  3. 【請求項３】Δcladsの値が0.005％より大きくなされた
    請求項１または２のカプラ。
  4. 【請求項４】予め定められた波長において一方のファイ
    バから他方のファイバにパワーの約50％を結合させるこ
    とができ、かつΔcladsの値が0.005％と0.02％の間であ
    る請求項１または２のカプラ。
  5. 【請求項５】（n3 2−n2 2）／2n3に等しいΔ2-3が0.4％
    より大きい請求項１〜４のカプラ。
  6. 【請求項６】（n3 2−n2 2）／2n3に等しいΔ2-3が0.4％
    と0.65％の間である請求項１〜５のカプラ。
  7. 【請求項７】複数の光ファイバのそれぞれの一部分を屈
    折率n3のガラスチューブに挿入し、この場合、それらの
    ファイバはそれぞれ屈折率n1のコアとn1より小さくn3よ
    り大きい屈折率のクラッドを具備し、第１のファイバの
    クラッドの屈折率n2は第２のファイバのクラッドの屈折
    率n2′とは異なっており、n2とn2′の差は（n2 2−
    n2′2）／2n2 2に等しいΔcladsの値がゼロより大きく0.
    03％より小さくなるようになされており、 前記チューブの中間領域を前記ファイバに対してコラッ
    プスさせ、 そして前記ファイバ間に予め定められた結合が生ずるま
    で前記中間領域の中心部分を延伸することよりなるアク
    ロマチックファイバオプティックカプラの製造方法。
  8. 【請求項８】前記延伸工程が前記チューブの端部間に相
    対移動を与え、かつ前記その相対移動の生ずる速度を変
    化させることよりなる請求項７の方法。
  9. 【請求項９】前記延伸工程が前記相対移動が生ずる速度
    を連続的に変化させることよりなる請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】前記延伸工程が第１の期間のあいだ１つ
    の延伸速度で延伸させ、かつ第２の期間のあいだ他の延
    伸速度で延伸させることよりなる請求項８の方法。
  11. 【請求項１１】前記延伸工程が前記チューブの端部を互
    いに離れる方向に第１の延伸速度で引張り、かつ前記予
    め定められた結合が得られる前に、前記チューブの端部
    を前記第１の延伸速度とは異なる第２の延伸速度で互い
    に離れる方向に引張ることよりなる請求項７の方法。
  12. 【請求項１２】前記延伸工程が前記チューブ中間領域の
    中心部分を加熱し、前記チューブ中間領域の中心部分を
    延伸し、前記予め定められた結合が得られる前に前記延
    伸動作を停止し、前記チューブ中間領域の中心部分を再
    加熱し、そして前記チューブ中間領域の中心部分を再延
    伸することよりなる請求項７の方法。
  13. 【請求項１３】前記再加熱は前記最初の加熱より低い温
    度でなされ、かつ／または前記再延伸は前記第１の延伸
    速度より低い速度でなされる請求項７〜12の方法。
  14. 【請求項１４】前記延伸工程が前記ファイバ間にある程
    度の結合が生じはじめるまで前記チューブ中間領域の中
    心部分を第１の延伸速度で延伸し、かつ前記予め定めら
    れた結合が得られる前に、前記第１の延伸速度とはこと
    なる第２の延伸速度で前記チューブ中間領域の中心部分
    を延伸することよりなる請求項７〜13の方法。
  15. 【請求項１５】前記チューブが第１および第２の端部を
    有し、少なくとも第１のファイバが前記チューブの両端
    部から延長し、少なくとも第２のファイバが前記チュー
    ブの第２の端部からのみ延長し、かつ前記延伸工程は前
    記ファイバ間にある程度の結合が生じはじめるまで前記
    チューブ中間領域の中心部分を延伸し、かつ前記延伸動
    作を停止するために前記ファイバからの光パワーの比を
    用いることよりなる請求項７の方法。
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